Экспериментальные методы изучения космических лучей. Крупнейшие экспериментальные установки
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
ется таким образом, чтобы первичная ядерно-активная частица (точнее- лидирующая частица) испытала (7-5-12) каскадных взаимодействий, т. е.:
Хпогл (7 - 12) (470),
где - свободный ядерный пробег в веществе поглотителя. Ионизационный калориметр должен достаточно часто регистрировать частицы .высоких энергий. Для оценки геометрической эффективности регистрации вводят такую характеристику калориметра, как светосила:
Г = (471).
Здесь S1 и S2 площади верхнего и нижнего оснований калориметра, h расстояние между ними. Следует стремиться к максимальной величине светосилы, но без ущерба для остальных характеристик калориметра. Оптимальным веществом для поглотителя калориметра являются железо (Fe), латунь, медь (Сu), которые имеют значительную плотность и средний порядковый номер, что обеспечивает сравнительно небольшие размеры, высокую светосилу и хорошее пространственное разрешение калориметра при минимальном числе детекторов ионизации. Наилучшим детектором ионизации в калориметрах является ионизационная камера. Ее достоинства:
- высокая линейность и большой динамический диапазон характеристики, связывающей величину ионизации и потерю энергии частицей;
- высокая стабильность;
- достаточное быстродействие;
- произвольность формы и размера;
- высокое пространственное разрешение ( 5 см).
Электроды ионизационной камеры изготавливаются из вещества, близкого по плотности и порядковому номеру к этим показателям у вещества поглотителя, для уменьшения переходных эффектов в слоистых структурах.
В СССР имеется два крупных ионизационных калориметра. Первый расположен на Тянь-Шаньской высокогорной станции (высота 3200 м над уровнем моря) Физического института АН СССР им. П. H. Лебедева. Площадь его основания равна 36 м2, энергетический диапазон 101251013 эВ. Второй находится на высокогорной станции Ереванского физического института АН АрмССР на г. Арагац (высота 3250 м над уровнем моря.). Его энергетический диапазон 1012 5 1013 эВ, а площадь основания равна 10 м2.
На территории высокогорной станции на горе Арагац, в основном усилиями ФИ АН СССР им. П. H. Лебедева (Москва) и Ер ФИ АН АрмССР (Ереван), готовится эксперимент АНИ (адронные наземные исследования; Ани средневековая столица Армении). Основным детектором крупнейшего экспериментального комплекса будет самый большой в мире ионизационный калориметр, который сооружается на высоте 3250 м над уровнем моря. Его площадь составит 1600 м2 а диапазон измеряемых энергий ядерно-активных частиц 5 10121016 эВ при толщине железного поглотителя, равной восьми ядерным пробегам (Fe = 130 г/см2). Толщина отдельных слоев железного поглотителя 5 см. Скорость регистрации событий, соответствующих первичным космическим частицам с энергией Ео>3-1017 эВ, будет
равна 10. Создаваемый экспериментальный комплекс даст
важную информацию о ядерных взаимодействиях при энергиях, недоступных современным ускорителям.
3. Нейтринная астрофизика.
Астрофизический аспект физики нейтрино, по-видимому, зародился после предложения Б. Понтекорво в 1946 р. хлор-аргонной реакции для детектирования нейтрино (см. 126). Еще один толчок дали предложения советского академика М. А. Маркова (1958 г.) и американского физика К. Грейзена (1960) о глубоководной и подземной регистрации атмосферных нейтрино, рождающихся в распадах - и K-мезонов. В настоящее время, как известно, оба предложения реализованы в подземных нейтринных детекторах. Вероятно, удельный вес нейтринных экспериментов в астрофизике будущего будет нарастать. Это связано с уникальной проникающей способностью нейтрино, которые могут без существенных потерь выходить из недр различных по масштабу астрофизических объектов. Нейтрино может нести информацию о и первых секундах нашей Вселенной . Подобно реликтовому излучению фотонов наша Вселенная заполнена изотропным реликтовым потоком нейтрино (нейтринное море) с плотностью 300 см~3, со спектром, соответствующим излучению абсолютно черного тела при температуре Т 2 К, и энергией 10-3 эВ. Однако совершенно неясно, каким способом это нейтринное море можно детектировать.
В 1978 г. в СССР введен в строй подземный сцинтилляционный телескоп Баксанской нейтринной обсерватории Института ядерных исследований АН СССР на Северном Кавказе. Основной его задачей является поиск мощных локальных источников нейтрино в Галактике, в частности, взрывов Сверхновых, Во время вспышки Сверхновой в течение 10 30 с излучается 1058 штук нейтрино, часть из которых проходит через нашу Землю. Достаточно зарегистрировать несколько нейтрино, пришедших из одной точки на небесной сфере в течение достаточно короткого промежутка времени, чтобы уверенно установить произошедшее грандиозное событие в Галактике. Атмосферные нейтрино образуют изотропный фон, но его величина 1 событие в неделю не создает больших помех для регистрации взрывных процессов. Сцинтилляционный телескоп находится под склоном горы Андырчи на глубине не менее 350 м. Геометрически он представляет собой параллелепипед с площадью основания 256 м2 и высотой 11 м. Все грани этого параллелепипеда являются слоями сцинтилляционных детекторов. Кроме того, внутри расположены еще два слоя, каждый из которых удален от сответствующего основания на 3,6 м. Каждый из 3200 детекторов, составляющих 8 слоев, представляет собой резервуар
размером 70 Х 70 X 30 см, заполненный жидким сцинтиллятором. вспышки света в котором регистрируются одним фотоэлектронным умножителем с большой площ